
- •1. Значение тампонажных растворов при бурении скважин. Классификация вяжущих веществ.
- •2. Тампонажный портландцемент
- •3. Клинкер и его химический состав
- •4. Производство портландцемента
- •Лекция 2. Минералогический состав портланд-цемента, Взаимодействие с водой.
- •1. Минералогический состав портландцементного клинкера
- •2. Твердение портландцемента
- •3 Гидратация цементов как химический процесс. Фазовый состав продукции твердения
- •4.Структура цементного камня
- •Лекция 3. Физико-химические явления, протекающие при твердении тампонажных растворов
- •1. Водоотдача тампонажных растворов
- •2. Седиментация в тампонажных растворах и ее последствия
- •3. Контракция
- •4. Усадка
- •5. Прочность цементного камня
- •6. Проницаемость цементного камня.
- •7. Сцепление цементного камня с обсадными трубами
- •8. Тепловыделения при гидратации тампонажного цемента
- •Лекция 4. Регулирование процесса твердения цементного раствора
- •Добавки первого класса
- •Добавки второго класса
- •Добавки третьего класса
- •Добавки четвертого класса
- •Классификация тампонажных портландцементов по гост 1581-96
- •Тампонажные материалы и химреагенты согласно классификации ар1
- •Лекции 5 Разновидности тапонажых портландементов.
- •1. Быстротвердеющий портландцемент.
- •2. Пластифицированный портландцемент
- •3. Гидрофобный портландцемент.
- •4. Сульфатостойкий портландцемент.
- •5. Пуццолановый портландцемент
- •6.1.1.Шлакопортландцемент
- •8. Песчанистый тампонажный портландцемент.
- •9. Известково-кремнеземистые цементы
- •10. Белито-кремнеземистый цемент
- •11. Глиноземистый цемент
- •Лекция 6, 7 добавки для регулирования свойств тампонажного раствора и камня
- •1. Добавки регулирующие плотность тампонажного раствора
- •2. Расширяющие добавки
- •3. Добавки регулирующие реологические свойства тампонажных растворов
- •Добавки повышающие прочность и деформативную стойкость цементного камня.
- •Лекция 8 Коррозия цементного камня. Виды коррозии.
Лекция 6, 7 добавки для регулирования свойств тампонажного раствора и камня
Добавки, регулирующие плотность тампонажного раствора
Расширяющие добавки
Добавки, регулирующие реологические свойства тампонажного раствора
Добавки, регулирующие фильтрационные свойства тампонажного раствора
Добавки повышающие прочность и деформативную стойкость цементного камня.
1. Добавки регулирующие плотность тампонажного раствора
По плотности получаемого тампонажного раствора тампонажные цементы подразделяются на следующие группы:
Легкие – до 1400 кг/м3
Облегченные – 1400-1650 кг/м3
Нормальные 1650-1950 кг/м3
Утяжеленные 1950-2300 кг/м3
Тяжелые – более 2300 кг/м3
Снизить плотность тампонажного раствора можно за счет:
- увеличения В/Ц отношения
- снижения плотности жидкости затворения
- замены части вяжущего на вяжущее меньшей плотности
заменой части объема жидкои или твердой фазы газообразной фазой
Облегчающие добавки
Приготовление облегченных тампонажных растворов как за рубежом, так и у нас в России в основном осуществляют путем сочетания вяжущего материала с добавками, имеющими значительно меньшую плотность по сравнению с первым, либо добавками или реагентами, увеличивающими для обеспечения подвижности тампонажных растворов водосодержание в последних. Круг этих материалов широк и разнообразен.
Впервые в России и в зарубежной практике в качестве облегчающей добавки стали использовать глины и глинопорошки. Рекомендуется введение палыгорскитовой глины 5 —7 % от веса раствора. Однако цементный камень имеет пониженную прочность и недостаточное снижение плотности, всего лишь до 1500 кг/м3.
в качестве облегчающей глиносодержащей добавки используют мелкогранулированный глиноматериал (МГГМ), полученный методом высокотемпературной распылительной сушки отработанных глинистых буровых растворов при соотношении компонентов по массе: портландцемента 65-90 %, МГГМ 10-35 %. Плотность получаемого тампонажного раствора 1390—1600 кг/м3, прочность формирующегося цементного камня при 70 0С в возрасте двух суток составляет 2,1—4,4 МПа.
Также в качестве облегчающей добавки рекомендуются мел, асбест, отходы хризотил-асбеста, отходы полиэтилена, саморассыпающийся шлак, асбестоцементная пыль, перлит, лигнин и его модификации, трепел, молотый тростник, кожевенная пыль, пенопластовая крошка, резиновая крошка и др. Коротко рассмотрим их характеристику и особенности влияния на свойства тампонажного раствора и формирующегося из него камня.
Цементомеловая смесь. Добавка в количестве 2-3% от массы жидкости затворенияобеспечивает следующие показатели: плотность 1500 — 1650 кг/м3, водоотделение составляет 1,8-3,1 %. Предел прочности в возрасте двух сутокдостигает 1,0-1,53 МПа.
Для увеличения прочности цементомелового камня с одновременным улучшением реологических характеристик тампонажного раствора дополнительно вводят саморассыпающийся шлак 20-40 % производства феррохрома, в котором преимущественное содержание оксида кальция до 50 %. В этом случае достигается снижение плотности до 1400-1540 кг/м3; сроки схватывания — начало 12 ч 10 мин, конец 13 ч 55 мин; предел прочности на изгиб в двухсуточном возрасте твердения до 1,6 МПа.
для снижения плотности и повышения трещиностойкости цементного камня, повышения адгезионных свойств, устранения усадочных деформаций предложено вводить вместо глины асбестовое волокно в количестве 1,75-3,5%. Составляющие молекулы асбеста связаны в одном направлении достаточно плотно, в другом — весьма слабо. Вследствие этого асбест легко расщепляется на тончайшие гибкие и эластичные волокна. Пучки волокон содержат большое число микрощелей и микротрещин, обладающих большой адсорбционной поверхностью, и адсорбируют главным образом гидратные новообразования, возникающие при взаимодействии составляющих цемента с жидкостью затворения. В результате они способствуют образованию волокнистой структуры и в конечном итоге повышению адгезии к металлу труб и породам, слагающим стенки скважин, а также уменьшению усадочных деформаций в процессе твердения тампонажного раствора. Плотность раствора снижается до 1540 — 1600 кг/м3. Предел прочности на сжатие сформированного в течение двух суток от 0,30 до 0,94 МПа. Усадочные деформации полностью не исключаются и находятся в пределах 0,6-0,9 %. Понижение плотности тампонажного раствора, как в предыдущих случаях, обеспечивается за счет повышения водосмесевого отношения и за счет небольшой насыпной массы асбеста. Оптимальная концентрация асбеста предлагается 7-9 % по массе.
рекомендуют также и асбоцементную пыль, являющуюся отходом производства асбоцементных труб при их механической обработке. По своему составу она преимущественно представлена также хризотил-асбестом. Асбоцементная пыль является неутилизированным многотоннажным отходом цементно-шиферных комбинатов. При их использовании плотность тампонажного раствора составляет 1630-1650 кг/м3. Предел прочности на изгиб в двухсуточном возрасте 1,8-3,0 МПа.
Для -«горячих» скважин многими исследователями разработаны и рекомендованы к внедрению облегченные тампонажные растворы, в которых облегчающей добавкой является перлит и его разновидности, а также композиции на его основе — вспученный перлит, перлитовый легковес, перлитовый легковес в сочетании со шламом карналлитового хлоратора, фильтрованный перлит, фильтрованный перлит совместно с глинистым минералом, фильтроперлит, фильтроперлит совместно с меламинформальдегидной смолой, вспученный перлитовый песок совместно с трепелом и др. Перлитовый легковес представляет собой замкнутые стеклянные гранулы, полученные путем вспучивания вулканической породы «лунообразной» структуры при температуре 800 0С.
Отличительной особенностью фильтроперлита является то, что он практически не всплывает в воде. Открытая структура зерен и их гранулы — минералогический состав обеспечивает хорошую смачиваемость и диспергирование фильтроперлита в цементном растворе, что в свою очередь способствует стабильности облегченных фильтроперлитоцементных растворов. Равномерно распределяясь в цементном растворе, зерна фильтроперлита образуют большую и развитую фильтрующую поверхность, которая задерживает частицы твердой фазы, предотвращая соприкосновение и оседание их под действием силы тяжести или перепада давлений.
Ввведение перлита и его разновидностей в состав тампонажных растворов позволяет получать облегченные и легкие тампонажные растворы плотностью от 1210 до 1700 кг/м3. Однако даже при повышенной температуре твердения 75 0С и выше прочность сформированного камня незначительна (в двухдневном возрасте от 0,6 до 2,96 МПа).
Для крепления обсадных колонн в интервалах повышенных и высоких температур (75 0С и выше) в сочетании с различными видами вяжущих (ШПЦС, портландцементами для горячих скважин и т. д.) группой авторов под руководством А. И. Булатова рекомендовано использование шлифовальной пыли и композиции шлифовальной пыли совместно с фильтрованным перлитом. Шлифовальная пыль является отходом шлифовальных асбофрикционных изделий и представляет собой сыпучий порошок, получаемый в результате механической (абразивной) обработки асбофрикционных изделий (тормозных колодок автомашин, железнодорожных вагонов, тракторов и т.п.). Фильтрованный перлит получают из вулканических пород перлитов путем высокотемпературного отжига рационально подобранной по гранулометрическому составу сырьевой смеси, в результате чего из перлита выделяется кристаллизационная вода и обжигаемые частицы увеличиваются в объеме. Поскольку в составе имеется значительное содержание кремнезема, данный состав эффективен при повышенных температурах. В первом случае получают тампонажный раствор плотностью до 1460 кг/м3 при прочности 2,3 МПа в двухсуточном возрасте и температуре 120 0С; во втором — плотность тампонажного раствора может быть понижена до 1210 кг/м3 при двухсуточной прочности от 0,91 до 1,43 МПа в температурном диапазоне 75 - 200 0С.
Достаточно широкое применение находят такие добавки, как трепел, костра, конопля или лен, молотый тростник, кожевенная пыль, резиновая и пенопластовая крошка, минеральный органический порошок, лигнин, шлам-лигни, различные смолы — сополимер стирола и дивинил бензола (смола КУ-2), фенолформальдегидная смола марки TС КГС 75-90 , продукт распыления карбамидоформальде-гидной смолы, стирол-бутадиеновый латекс, вермикулит, его разновидности и сочетания с другими реагентами, вспученный аргиллит.
- трепел рекомендуется вводить в количестве 15 - 25 % от всего раствора;
- костра, конопля или лен являются отходом пенькопроизводства, представлены в основном целлюлозой, пентазаном, лигнином. Их содержание рекомендуется 10 - 20%;
- молотый тростник является бросовым отходом целлюлозно-бумажной промышленности. По составу представлен: целлюлозой, пентазаном, лигнином, минеральной золой, соединениями кремния. Вводится 10 - 40% от веса сухой смеси. Предлагается использовать при температурах более 150 0С;
- кожевенная пыль является отходом кожевенного и мехового производства. Рекомендуется вводить в пределах 2 - 10 %;
- пенопластовая крошка представляет собой жесткий каркас, внутри которого защемлен воздух. Плотность крошки 60 кг/м3. Мелкопористая структура пенопластовых крошек в сочетании с жесткостью каркаса предотвращает попадание воды внутрь частицы и обеспечивает надежность облегчающего эффекта. Понижение плотности достигается за счет водонепроницаемости пенопластовой крошки, низкой ее плотности, увеличения объема тампонажного раствора. Рекомендуется использовать крошку размером 1,5 - 2 мм в количестве 2 - 3 % от всей твердой фазы;
- резиновая крошка вулканизированных отходов. Наличие резиновой крошки предотвращает образование суффозионных каналов, повышает седиментационную устойчивость раствора, улучшает сцепление цементного камня с глинистыми и соленосными отложениями, что повышает надежность герметизационного комплекса заполненного пространства скважин. Вводится в количестве 5,5 - 15 % от массы твердой фазы;
- минеральный органический порошок (МОП) является отходом переработки водоросли ламинарии на альгинат натрия при фильтрации альгинатных растворов. Способствует увеличению стабильности растворов за счет волокнистой упругой поверхности частиц МОП. Наличие в органической части МОП камеди и слизи уменьшает водоотстой, а наличие клетчатки увеличивает прочность контакта цементного камня с металлом и повышает прочность первого. Добавляют в тампонажные растворы в количестве 5—7 % от массы твердой фазы. Их плотность 1080-1990 кг/м3, объемная масса 200-231 кг/м3 ;
- лигнин, шлам-лигнин, гидролизный лигнин — отходы дерево-обрабатывающей и целлюлозной промышленности. Их содержание рекомендуется от 5 до 15 %.
Плотность тампонажного раствора при данных количествах вводимых добавок достигает 1300 - 1400 кг/м3 при водосодержании (В/Т) 0,9 - 1,4. При этом прочностные показатели формирующегося камня, по результатам лабораторных исследований, соответствовали техническим условиям на облегченные растворы.
- аминолигнин — модифицированный отход целлюлозной промышленности, гидрофильное высокомолекулярное порошкообразное вещество. В этом случае положительные свойства облегченной тампонажной смеси обусловлены высокой желатинообразующей способностью аминолигнина с образованием более прочных связей, в частности, с основным продуктом гидратации портландцемента — гидрооксидом кальция. Рекомендуется его введение 5-40 % от массы твердой фазы;
- вермикулит представляет собой продукт вспучивания смешаннослойного материала — гидрослюды. Полученный после вспучивания материал обладает исключительно высокими тепло- и изоляционными свойствами. Вермикулит в отличие от перлита, согласно сведениям автора, выдерживает практически «любое» давление за счет минимального расстояния между слоями слюды, приближающегося к радиусу действия ван-дер-ваальсовых сил. Кроме того, облегченный «теплоизоляционный» раствор не только улучшает термодинамические условия эксплуатации скважин, но и способствует закупориванию проницаемого коллектора, предотвращая поглощение и гидроразрыв пластов. Улучшаются реологические свойства раствора в условиях повышенных температур за счет смазывающих свойств добавки вермикулита, которая в то же время не препятствует схватыванию раствора в интервале многолетнемерзлых пород. Рекомендуемое их содержание 8 - 17 % от массы раствора.
вспученный аргиллит получают термообработкой аргиллитов. Его плотность составляет 950 кг/м3. Рекомендуется вводить в количестве 25-70 % от веса твердой фазы. Используется для цементирования интервалов с высокими температурами — 130 0С и выше.
Асбозурит состоит из смеси 70 - 85 % массовых частей молотого диатомита и 15 - 30% массовых частей асбестовой мелочи. По внешнему виду это порошкообразное вещество с примесью волокон асбеста. Чем больше распущен асбест, тем меньше объемный вес асбозурита, тем больше его водопотребность. Материал гигроскопичен, при увеличении влажности от 5 до 25 %, плотность изменяется от 450 до 700 кг/м3.
Диатомит является природной гидравлической добавкой. Применяется, поскольку содержит в своем составе значительное количество аморфного кремнезема, в основном для повышения термостойкости и коррозионной стойкости в условиях пресных сульфатных вод. Ввиду развитой удельной поверхности диатомит обладает высокой водопотребностыо, что способствует облегчению тампонажного раствора.
В последние годы нашли и находят применение в качестве облегчающих добавок различного вида смолы. В частности:
- смоло-древесная пыль. Она является неутилизированным отходом деревообрабатывающей промышленности и образуется в результате шлифования прессованных древесно-стружечных плит. Состоит из древесины 60 - 90 % и синтетической смолы, например мочевино-формальдегидной 6 - 10 %, остальное — вода. Ее плотность 750 - 850 кг/м3, дисперсность достаточно высока, что обеспечивает 100 %-ное просеивание через сито № 008. Рекомендуется в количестве 8 — 13 % от массы раствора для горячих скважин;
- карбонатно-полимерный шлам в количестве 30 — 50 % от массы твердой фазы. Последний является отходом производства при процессах очистки воды и регенерации каустической соды. Тампонажный раствор готовят на заранее приготовленной карбонатно-полимерной суспензии;
- сополимер стирола и дивинил бензола (смола КУ-2). Предлагается введение 10—15 % от массы смеси с вяжущим. По данным авторов при твердении раствора из предложенного тампонажного материала образованный цементный камень обладает высокими прочностными свойствами;
- продукт распыления водного раствора карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-Х и хлористого аммония. Исследованиями показано, что ввод данного продукта (плотность в среднем воздушно-сухом состоянии 50 кг/м3) помимо прямой цели — снижения плотности тампонажного раствора способствует в результате значительного количества газообразной фазы формированию камня с высокой теплоизолирующей способностью и низкой проницаемостью. Предлагаемое содержание 1,0 - 2,6 % от массы раствора;
другими исследователями предлагается использование углеродсодержащих материалов. Так, в работе предлагается использование торфа в виде фракций размером не более 0,08 мм в количестве 2 —20 % от массы цемента.
рекомендуется использование сажи или отхода сажевого производства (10-20 % от массы твердой фазы). Сажа является порошкообразным продуктом неполного сгорания или термического разложения органических веществ, состоящих в основном из углерода. Величина частиц, удельная поверхность и степень структурности определяют свойства сажи. Сажа вырабатывается следующих марок: ПМ-100, имеет удельную поверхность 100 м2/г; ПМ-75 и ПМ-50 — соответственно 75 и 50 м2/г.
В качестве углеводородсодержащей добавки предлагается графит совместно с сочетанием реагентов криолита, аморфным глинозёмом и углекислым калием.
с точки зрения формирования структуры цементного камня и облегчения тампонажного раствора наиболее эффективны тонкодисперсные кремнеземсодержащие материалы, причем оксид кремния в них желателен в аморфном состоянии. Из этой группы материалов применяются: зола - продукт сжигания каменного угля;- пылевидная топливная зола совместно с саморассыпающимся шлаком; продукт флотации золы уноса, который является отходом производства образованнго в результате сжигания каменного угля; - пыль уноса отход производства силикомарганца. Образуется как побочный продукт при производстве силикомарганца в процессе улавливания — очистки отходящих газов в электрофильтpax; - запечная пыль электролитов низкотемпературного спекания; - горелая порода вскрытия угольных карьеров; кремнезем совместно с фосфогипсом; кремнезем совместно с сульфатом натрия.
Кремнеземсодержащие добавки имеют высокую удельную поверхность, низкую плотность. По химическому составу на 60 — 90 % представлены оксидом кремния. Оптимальное содержание их в смеси с вяжущим составляет 5 — 8 %. При этом обеспечивается получение плотности раствора 1220 кг/м3. Возрастание температуры твердения с 30 0С и выше увеличивает прочность камня на сжатие с 4,5 до 18,1 МПа при 70 °С, а при 100—200 °С в 3—4 раза выше по сравнению с тампонажным раствором с добавкой бентонита и диатомита.
В составе облегченного тампонажного раствора применяют тампонажный портландцемент (ПЦТ 1-50 ГОСТ 1581-96), стеклянные микросферы из натриево-борсиликатного стекла или алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ), или стеклянные высокопрочные газонаполненные микросферы (ВМС).
Микросферы (МС) вырабатываются из натриево-борсиликатного стекла. Они представляют собой легкий сыпучий порошок белого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы.
ВМС изготавливаются заводами стекловолокна (г. Андреевка Московской области, г. Новгород) и представляют собой легкий сыпучий порошок , состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 15-200 мкм, преимущественно от 15-125 мкм.
АСПМ - являются отходом сжигания топлива в ТЭЦ или других производств. Представляет собой легкий сыпучий порошок серого цвета, состоящий из отдельных полых частиц правильной сферической формы со сплошными непористыми стенками, внутренняя полость которых заполнена в основном азотом и двуокисью углерода.
Технические характеристики микросфер МС представлены в таблице 1. Технические характеристики и минералогический состав микросфер ВМС и АСПМ представлены в таблице 2.
Облегченный тампонажный раствор с добавкой микросфер предназначен для цементировании верхней части эксплуатационных (промежуточных) колонн, перекрывающих сеноманские продуктивные отложения (глубиной до 1500 м), в диапазоне температур от +5 до +35 0С.
При регулировании свойств облегченных тампонажных растворов (ускорение сроков схватывания) для условий низких и нормальных температур используют хлорид кальция (СаС12).
Использование в качестве облегчающей добавки микросфер (МС) из натриево-борсиликатного стекла, имеющих большую удельную поверхность и низкую плотность, позволяет получать облегченные тампонажные растворы с широким диапазоном плотности (1300-1700 кг/м3) при В/Ц отношении (0,5-0,6). Такие растворы обладают более короткими сроками твердения по сравнению с известными облегченными смесями (цементновермикулитовыми, глиноцементными и др.) низким коэффициентом водоотделения, повышенной прочностью камня.
Таблица 1 - Технические характери стики микросфер:МС
Показатель |
МС группы |
МС-А9 группы |
||||||
А1 |
А2 |
Б1 |
Б2 |
А1 |
А2 |
Б1 |
Б2 |
|
Истинная плотность, кг/м3 |
240-310 |
260-320 |
330-400 |
310-360 |
240-320 |
260-320 |
330-400 |
310-320 |
Прочность на гидростатическое сжатие (50% уровень разрушения), не менее, МПа |
60 |
11 |
100 |
150 |
80 |
140 |
120 |
210 |
Коэффициент заполнения объема, не более, % |
55 |
60 |
55 |
60 |
55 |
60 |
55 |
60 |
Влажность, массовая доля не более, % |
0,8 |
0,5 |
0,8 |
0,5 |
0,8 |
0,5 |
0,8 |
0,5 |
Плавучесть, объемная доля не менее, % |
95 |
95 |
95 |
95 |
95 |
95 |
95 |
95 |
Массовая доля аппрета, % |
- |
- |
- |
- |
0.1-0.5 |
0.2-0.5 |
0.2-0.5 |
- |
Таблица 2 - Технические характеристики и минералогический состав ВМС и АСПМ
Показатель |
Марка, тип микросфер (предприятие изготовитель) |
|||||||
АСМ-500 (г.Качканар) |
АСПМ (г. Томск) |
АСПМ (г. Ново-черкаск) |
АСПМ (г. Тюмень) |
АСПМ (г. Краснодар) |
Предприятие “Уралайт” (г. Челябинск) |
ВМС (г .Новгород) |
||
тип А (серые) |
Тип В (белые) |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Крупность, мкм |
30-150 |
50-200 |
50-200 |
50-200 |
|
5-500 |
15-125 |
|
Толщина стенки, мкм |
2-10 |
2-10 |
2-10 |
2-10 |
2-10 |
1-1/ диаметра |
- |
|
Истинная плотность, кг/м3 |
400-500 |
200 |
||||||
Насыпная плотность, г/см3 |
до 0,4 |
0,35-0,4 |
0,35-0,55 |
- |
- |
- |
- |
- |
Плотность частиц, г/см3 |
0,4-0,8 |
0,5-0,7 |
0,5-0,7 |
0,5-0,7 |
0,5-0,7 |
- |
- |
- |
Прочность на гидростатическое сжатие (50% уровень разрушения), не менее, МПа |
до 10 |
до 22-25 (при 10% разрушении) |
до 27-30 (при 10% разрушении) |
до 30 |
до 30 |
15-18 |
50 |
|
Влажность, массовая доля не более, % |
- |
0-0,1 |
до 2,0 |
5,0-8,0 |
5,0-8,0 |
0,2 |
0,5 |
|
Химический состав оболочки микросфер, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
SiO2 |
50-60 |
63,0 |
51,019 |
58,9 |
54,4 |
54,8-56,9 |
54,1-59,0 |
51,1 |
Al2O3 |
23-25 |
20,7 |
37,347 |
35,1 |
25,1 |
24,7-30,4 |
34,0-40,8 |
37,3 |
Fe2O3 |
1,8-2,0 |
4,34 |
0,863 |
2,11 |
5,8 |
2,4-2,9 |
1,38-1,57 |
0,50 |
CaO |
1-5 |
2,50 |
0,449 |
0,70 |
1,7 |
- |
- |
0,45 |
MgO |
0,5-1,5 |
- |
0,498 |
1,41 |
1,41 |
2,5-2,9 |
0,3-0,4 |
0,49 |
Na2O |
0,3-1,5 |
1,79 |
0,536 |
1,07 |
1,07 |
1,1-1,4 |
0,73-0,83 |
0,54 |
K2O |
0,2-2,9 |
- |
8,610 |
0,59 |
5,4 |
3,4-3,2 |
0,86-1,3 |
8,61 |
CuO |
- |
- |
- |
- |
- |
1,6-1,8 |
1,4-2,4 |
- |
TiO2 |
- |
0,83 |
0,502 |
1,18 |
0,89 |
- |
0,7-1,2 |
0,09 |
Высокая прочность МС способствует сохранению постоянной плотности тампонажного раствора по всей высоте затрубного пространства в отличие от других систем с воздухововлекающими добавками (пеноцементные растворы, вермикулитоцементные смеси и др.) характеризующиеся увеличением плотности под давлением за счет эффекта сжимаемости. Тампонажный раствор с добавкой МС седиментационно устойчив. Цементный камень с добавкой МС обладает низкой проницаемостью. Тампонажный раствор с добавкой МС имеет низкое гидравлическое сопротивление при движении в затрубном пространстве.
При введении в тампонажный раствор 15% АСПМ или 8% ВМС плотность тампонажного раствора снижается до 1400 кг/м3. Снижение плотности объясняется пониженной плотностью самой добавки, а также повышенным водоцементным отношением (0,7-0,8).
Высокая дисперсность микросфер, наличие алюминатной и силикатной фаз в составе вводимой добавки позволяет получить седиментационно устойчивый тампонажный раствор и цементный камень высокой прочности.
Цементный камень с добавкой ВМС или АСПМ обладает низкой проницаемостью.
Утяжеленные тампонажные цементы и растворы
Подбор рецептур тампонажных растворов для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями связан с большими трудностями в результате отсутствия специальных утяжеленных цементов. Такие цементы изготавливают на буровом преджприятии смешением тампонажного цемента и утяжеляющей добавки – кварцевого немолотого песка, магнетитового песка, технического барита, шлаков.
Как правило, качество этих смесей неудовлетворительное, приготовление их связано с большими затратами. Кроме того, смеси на основе немолотых утяжеленных добавок дают нестабильный, седиментационно неустойчивый тампонажный раствор, что отрицательно сказывается на технологии приготовления тампонажного раствора и на качестве цементирования скважин.
Использование магнетитового песка позволяет получить раствор высокой плотности. Однако этот раствор низкого качества с неудовлетворительными технологическими свойствами.
Тампонажные растворы с добавкой барита (цементно-баритовые и шлако-баритовые) имеют хорошую седиментационную устойчивость, что связано с большей дисперсностью барита по сравнению с магнетитовым песком. Образующиеся вокруг баритовых частиц сольватные оболочки способствуют их большой «плавучести», и следовательно седиментационной устойчивости системы.
Смеси с баритом предназначены для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномальновысокими градиентами давлений до 0, 021 МПа/м при 20-200 0С. Для цементирования скважин с забойными температурами 20-100 0С рекомендуются смеси – цемент: барит с отношением 2:1 до 1:1,а для скважитн с температурой 100-200 0С шлак:барит с таким же соотношением. Смеси состава 2:1 используются для получения тампонажного раствора 2000-2100 кг/м3, а состава 1:1 – плотностью 2100-2180 кг/м3.